软岩巷道支护设计
第28卷第9期煤 炭 技 术 2009年9月CoalTechnology
Vol128,No109
Sep,2009
软岩巷道支护设计
邱照辉
(鸡西矿业集团公司梨树煤矿,黑龙江鸡西158100)
摘 要:梨树煤矿建矿以来一直受软岩困扰。该矿通过对软岩巷道岩性的分析,以采面上、,应用悬吊理论与组合梁理论,设计锚、网、索、钢带的联合支护方式,有效地控制变形、片帮,供了科学依据。
关键词:锚杆;围岩;联合支护中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号-)09--Designon(LishuC,MGComp.,Jixi158100,China)
Abstract:LishuCoalsrocks.Byanalysisonthelithologyofsoftrocktunnels,takingtheupperfactors,thetheoryofsuspensionandcompoundbeamwasap2plied,thewith,,cableandsteelbeltwasdesigned.Thedeformationandwallcav2ingThescientificbasiswasprovidedforcontrollingsoftrocktunnelssafelyandef2fectivelyKeywhostrock;combinedsupport
0 前言
梨树煤矿隶属于鸡西矿业集团公司,近几年刚改扩建投
表2 需建图层列表
产,设计年产量为90万tΠa。该矿主产煤种为主焦煤,煤层赋
存稳定,可采厚度218～310m,煤层顶、底板为复合型顶板,以黑灰色粉砂岩居多。因岩层软、围岩压力大,给开采带来板”进入绘图界面。对新图保存时,缺省类型为.dwg,不会覆盖原有的样板文件[2]。
3 模板的使用
把采矿图样式绘制成标准模块,从而统一了采矿制图的标准,消除了制图中的任意性,减少了绘图人员的工作量,为二次开发修改图形打下了良好的基础。用户可以根据自己的使用习惯和需要灵活地建立1套模板。在用AutoCAD具体进行绘制相关图形时,就可以根据需要使用自己定制的相关模板。当然,如果条件允许,还可以利用专用的采矿CAD绘图软件包,同样可以节约大量的时间,提高绘图效率。在这方面,中国矿业大学矿业工程学院林在康教授做了大量的AutoCAD二次开发工作,研发了一系列基于CAD的数字化矿井模型和煤矿生产技术软件包[4]。
4 结束语
上述是制作样板的几个方面及一般方法,用户可根据工作的需要自定义特色的专业设计模板。结合在工作中的绘图实践,所制作的图形样板很好地符合了我国国家制图标准以及采矿制图标准。通过模板的合理使用,可大大缩短了绘图的前期准备时间和设计周期,减轻了设计者的工作强度,大大提高了设计效率。
文字样式名称
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参考文献:
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2.5(小五)1标注汉字
TimesNewRoman2.2(小五)1标注数字
一般而言,粗线取0.3mm,细线取0.09mm。
2.6 保存文件
打开“文件”菜单单击“另存为”打开图形另存为对话框,在存为类型下拉框中选“”文件类型在文件名中输入“采矿图模板”单击“保存”出现“样板说明对话框”在模板说明对话框中输入以下说明:采矿专用模板,比例1:1,单击“确定”,此时系统会在相应的位置创建一个“采矿制图模板.dwt”模板。最后将建好的图形保存为.dwt格式,并存放在autocad\cadt2
[8]
emplate目录下。这样,在下次新建图形时,可以从“使用样
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工,2008,(5).
(责任编辑 王凤英)
收稿日期:2009-04-15;修订日期:2009-06-15
作者简介:邱照辉(1982-),男,黑龙江鸡西人,助理工程师,2006年毕业于黑龙江科技学院,现任鸡西矿业集团梨树煤矿生产技术科主任工程师,Tel:0467-2788408。
第9期 邱照辉:软岩巷道支护设计 ・89・
了极大困难。自从采用锚、网、索、钢带联合支护后,矿井实现了安全、高效、快速的全面发展。
1 地质特征
破碎软岩巷道最明显的特征就是矿压显现比较剧烈、矿压表现大、变型大。根据煤层柱状图(如图1),煤层顶板有灰色粉砂岩、泥页岩、细砂岩、煤线。裂隙、层理发育多、巷道维护困难、来压大、变形量大、持续时间长,四周来压、底板鼓起、遇水膨胀、变形加剧,巷道掘进或翻修后很长时间不能稳定,变形速度居高不下。根据该矿实际岩性的破碎程度,经多年经验与实践,采用锚、网、索、钢带联合支护,以稳定围岩为目的,防止围岩进一步风化破碎,充分发挥岩石自身的承载能力
。
图2 煤巷支护断面图
两锚杆之间的地点强度较薄弱,钢带可以使锚杆联合成一体,对薄弱地点形成了压力,阻止了顶板下沉,采用钢带规格为W275×2173。
顶板金属网可以有效地防止岩石的掉落,避免锚杆之间存在应力薄弱区与释放口。金属网为菱形金属网,网口为60mm×60mm。
锚杆间、排距根据悬吊理论和组合梁理论计算进行设计:
①锚杆长度通常按下式计算:
(1)L=L1+L2+L3式中
图1 柱状图
L1———锚杆外露长度,mm;
L2———锚杆有效长度,mm;L3———锚杆锚固段长度,mm。
2 巷道支护设计的选择
211 支护原理
稳定围岩的目的就是为了更好地发挥岩石自身的承载能力。根据新的岩石力学理论,岩石破碎后仍具有残余强度,松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力;围岩既是支护压力的根源,也是抵抗平衡原岩应力的承载体,而且是主要的承载结构体;所以支护的作用在于维护和提高松动围岩的残余强度,充分发挥围岩的承载能力。遵循以下原则:①维护和保持围岩的残余强度的原则;②提高围岩残余强度的原则;③充分发挥围岩的承载能力的原则。
该矿根据现场实际,采用了锚杆、锚索、锚网、钢带联合支护,使围岩形成一个整体。首先,锚杆的受力状态,在不同期间有着不同的作用。初期作用是防止围岩掉落,抑制浅部围岩的扩容和离层。随着时间的推移,巷道的围岩破坏会逐步增大,这时锚杆、锚索起到了将破碎的岩层悬吊在稳定岩层中的作用。其次,锚杆与钢带、金属网的配合,形成了支护组合系统,根据组合梁理论和围岩强化理论,锚杆将各岩层紧紧串在一起,形成了组合梁,提高了破碎围岩的整体强度,形成了承载结构。钢带与网防止了破坏岩层、岩块的垮落,对锚杆间的围岩施以径向约束,从而增加了岩层的承载能力。212 采区上、下巷支护设计
以组合梁理论为基础,设计该巷道断面形状为矩形断面。21211 顶板支护
顶板支护采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护(如图2)。
锚索长度根据顶板的岩性确定,设计锚索长度为6m,排距2m,间距3m。工作面锚索锚杆支护参数如表1所示:
表1 工作面锚索锚杆联合支护参数名称锚索锚杆
长度直径工作强度初始支护力
ΠmΠmmΠkNΠkN
62
151618
130100
10064
根据满足顶板最下一层岩石外表面抗拉强度条件确定
组合梁厚度,即锚杆有效长度L2,则顶板稳定时应满足
L2≥015B
t
(2)
式中σ——顶板岩石抗拉强度;t—K1—安全系数,一般取K1=3～5;——B———巷道度,m。
计算后得L2=115m,可满足要求,锚杆长度
L=0135+115+0115=210m②锚杆杆体直径计算:
根据锚杆承载力与锚固力等强度原则确定,则
d=35152
mg
(3)
式中
d———锚杆杆体直径,mm;
Q———锚固力,由拉拔试验确定,kN;
σ——杆体材料抗拉强度,MPa。mg—
=1712mm30
③锚杆间、排距计算:
设锚杆间排距相等,由组合梁的抗剪强度与该范围内锚杆具有的抗剪能力,并考虑抗剪安全条件可得:
τ
(4)SC≤010458d
经计算d=35152
K2qB
式中SC———锚杆间、排距;
间、排距
Πm
310×210110×110
树脂药卷
CK2335×6CK2335×
2
τ———杆体材料抗剪强度,MPa;
K2———顶板抗剪安全系数;q———顶板围岩均布载荷,MPaΠm。
经计算设计SC=110m,满足要求。
根据上诉计算锚杆长度取210m,设计间排距为110m×110m,锚杆杆体直径为18mm。21212 巷帮支护
筒式锚杆在煤巷巷帮上的应用中有较好的效果,其对径向、切向都有约束力,计算设计如下:
第28卷第9期煤 炭 技 术 2009年9月CoalTechnology
Vol128,No109
Sep,2009
锚网索联合支护在大断面煤巷中的推广应用
呼延龙
(鹤岗矿业集团公司南山煤矿,黑龙江鹤岗154100)
摘 要:通过对锚网索联合支护在大断面煤巷中的实践探索,护结构形式的原理,分析了传统支护结构形式存在的问题,对传统的锚喷支护进行改革探索,取得了较好的效果。关键词:锚网索支护;大断面煤巷;巷道支护中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号()0902
PopularizationandSupportwithAnchor
NetworkandinaywithLargeSection
oalMMiningIndustryGroupComp.,Hegang154100,China)
an-long
ofcombinedsupportwithanchornetworkandcableinthecoal,theusefulrangeofcombinedsupportwithanchornetworkandcablewaspopular2ized.Theandexistingproblemsoftraditionasupportwayswerediscussed.Accordingtothethe2oryandapplicationinthewindroadwaywithlargesectionatthefullymechanizedfaceinNanshanCoalMine,thetraditionalsupportwithboltingandshotcretingwasexploratedandimproved.Thebettereffectwasobtained.
Keywords:combinedsupportwithanchornetworkandcable;coalroadwaywithlargesection;roadwaysupport
0 前言
近几年煤矿的支护形式在不断的发展,锚网索喷联合支
(5) LB=I′+Z+I1式中Z———帮锚杆锚固端在稳定煤体中的额定锚固深度;
I1———帮锚杆的外露部分长度。
两帮煤体非有效承载区宽度按下式确定:
(6)I′=+
1+2fB+1
式中f———煤体普氏系数;
B———巷道宽度。
经计算I′=1125m
IB=1.25+0.15+0.3=1.7m
根据岩体完整性及锚杆作用角度确定锚杆间排距,可按下式估算锚杆间排距的几何平均数:
)
(7)D=K(+
2M2I+12f+1
式中D———间排距的几何平均数,m;
KM———锚固方式系数;I———围岩完整性系数,选取0155。
经计算D=019m,取相近值110m为间距,那么DP为:
2
护在煤矿的支护中得到了广泛的应用。鹤岗矿业集团南山
煤矿315队在掘北五区18层六分段上块入风反上大断面煤巷过程中,成功地采用了锚网索喷联合支护,替代了“U”型棚可以使锚杆、锚索产生最大预计力,加固作用会增大,形成坚固的承载体。
(3)要保证锚杆、锚索的初锚力,搅拌时间要够,锚杆初锚力不小于64kN,锚索初锚力不小于100kN。
(4)尽量减少对围岩的震动,在支护时间上要掌握时机,及时进行支护并封闭围岩,尽可能减少围岩强度损失。
(5)网必须铺平整,用锚杆及钢带压牢、压紧。根据实际应用经验,金属网搭接不小于100mm,塑料网搭接不小于300mm。
(6)锚索端头锚固在坚硬岩层中,锚索的预紧力不小于100kN,外露长度不大于350mm。
(7)根据岩性及岩石破碎程度,可适当增加锚固长度,或采用全长锚固,使锚杆周围粘结成整体,形成承载体。
(8)巷帮采用筒式锚杆,最好保证锚固力不小于40kN。
3 矿压观测
将设计的支护参数应用于巷道,用巷道顶板离层仪对巷道进行监测。巷道顶、底板最大移近量为164mm,平均移近量为96mm,最小移近量为3mm;顶板离层主要发生在巷道暴露15～50d范围内,之后变化开始变缓,顶板开始稳定。两帮移近量最大为220mm,平均为139mm,最小为6mm;两帮位移主要发生在巷道暴露以后15～65d范围内,65d后基本稳定。经观测,初期围岩仍有明显变化,当围岩逐渐发挥其承载能力时,巷道围岩开始稳定,巷道稳定性有明显增加,从表面围岩看,钢带与网的应用有效地控制了围岩的松动和片帮,使围岩较短时间内趋于稳定。
DP=
=018mDJ
(8)
式中DP———排距,m;
DJ———间距,m。 最后计算得锚杆的排距018m、间距为110m。护帮钢带规格为W245×2173,帮网可采用塑料网进行支护,防止片帮。塑料网既有较强的承载力,又有较高的柔韧性,对软岩巷道帮壁支护效果很好。巷道两帮支护尤为重要,采用打锚杆、钢带、塑料网,有效控制住了巷帮扩容、松动和挤出。213 施工工艺
(1)支护结构和参数要与围岩变形状态相匹配。根据围岩的变化和状态,随时进行调整,在压力集中地点适当加密支护。
(2)巷道设计为矩型断面,锚杆、锚索与岩层垂直,轴向
4 结束语
梨树煤矿根据调查岩体的构造条件,对围岩进行了细致
的分析;以科学理论为依据,进行试验与应用;对支护方式及其参数设计逐渐进行优化,最后确定出适合该矿的支护体系,合理的支护参数;通过现场应用的信息反馈,逐渐根据实际情况改变设计参数,使支护更可靠。
(责任编辑 王凤英)
收稿日期:2009-05-06;修订日期:2009-06-16
作者简介:呼延龙(1963-),男,黑龙江鹤岗人,工程师,现在鹤岗矿业集团公司南山煤矿从事煤矿基层管理工作。